CAMARAS DE

COMBUSTION

TABLA DE CONTENIDO1). Cámara de Pre Combustión

2). Cámara de Combustión

2.1).Clasificación

2.1.1). Con cámara de inyección directa.

2.1.2). Con cámara de combustión con deposito de aire.

2.2). Comparación entre las diversas cámaras

3). Motores de encendido por chispa.

3.1). Combustión en los motores de encendido por chispa.

4.). Fases

4.1). Fase Inicial

4.2). Fase Principal

4.3). Fase de Combustión Residual

4.4). Forma de la cámara de combustión.

5). Principales alteraciones de la combustión normal en los motores

de encendido por chispa.

5.1). Detonación.

5.2). Autoencendido Prematuro

5.3). Autoencendido por compresión estando el sistema de

encendido desconectado.

7). Tipos de Cámaras

En la que se inyecta el combustible, esta unida a la cámara

principal mediante una seria de estrechos pasos; parte de la

mezcla de esta primera cámara de inflama y expansiona, forzando

a la restante mezcla, no encendida, través de los pasos de

conexión, hasta la cámara principal, donde llegan como una fina

pulverización que arde de modo uniforme.

Cámara De Pre Combustión

CÁMARA DE COMBUSTIÓN

La cámara de combustión es fundamental en el funcionamiento del motor. El inyector introduce en ella el combustible pulverizado, el cual se mezcla con el aire; de ahí que la forma de la cámara de combustión deba facilitar esta mezcla del combustible con el aire. Tanto la mezcla como la combustión deben realizarse en un tiempo mínimo lo más cercano posible al punto muerto superior.

CLASIFICACIÓN DE LAS

CÁMARAS.

Según el tipo de cámara de

combustión los motores Diesel

pueden clasificarse como sigue:

a) Con cámara de inyección directa.

b) Con cámara de combustión con

deposito de aire..

El combustible se inyecta directamente en el cilindro. La culata cierra el cilindro con una superficie plana, mientras que el inyector esta situado en el centro.

El inconveniente principal de este tipo de motor radica en que el aire esta pocoagitado, siendo el inyector el responsable exclusivo de la mezcla, por lo que sufabricación ha de ser muy perfecta, y por lo tanto costosa.

En estas condiciones, y para aprovechar al máximo la combustión, es convenienteque la cámara adopte la forma del chorro de combustible, o a la inversa.

a) Con cámara de inyección directa

Este tipo de cámaras se llaman también de acumulación. El deposito de aire esta constituido por una pieza postiza situada en el embolo, la cual comunica con la cámara de combustión a través de un orificio. Durante la compresión el aire se introduce en el depósito. Antes de alcanzarse el punto muerto superior comienza la inyección. Al pasar del punto muerto superior el movimiento del embolo se invierte, aumenta el volumen de la cámara de combustión y disminuye la presión que había en ella. El aire sale a través del orificio alimentando la llama en la zona del embudo y originando la combustión completa del combustible inyectado.

b) Con cámara de combustión con deposito de aire

Comparación entre las diversas cámaras.

La cámara de inyección directa es, desde el punto de vista constructivo, la más sencilla y económica. En general, es preferible cuando las dimensiones del motor permiten el uso de toberas con orificios de diámetro suficiente para evitar peligros de taponamiento. En principio conviene que su diámetro sea, como mínimo, de 100 mm.

Por el contrario, para motores con menor diámetro es preferible el empleo de cámaras arremolinadoras; y para motores pequeños y rápidos las mas indicadas son las cámaras de inyección indirecta, o sea con deposito de aire, y las antecámaras.

Resumamos, en una tabla, las ventajas y desventajas de la inyección directa e

indirecta.

Comparando con el motor de gasolina, el Diesel siempre ha tenido la ventaja de un rendimiento térmico mayor y en consecuencia menor gasto de combustible.

En su aplicación al automóvil, durante muchos anos los motores Diesel han tenido una serie de problemas como ruidos, abundante emisión de humos y una gran lentitud de respuesta al acelerador.

Pero en la actualidad la utilización del sistema de inyección indirecta en pre cámara de alta turbulencia tipo Ricardo–Comet que esta dotada de bujías de precalentamiento para el arranque, ha permitido el portentoso desarrollo de motores rápidos que obtienen su potencia máxima a regímenes del orden de las 4000 rpm y aun superiores, y funcionamiento más suave y silencioso.

MOTORES DE ENCENDIDO POR CHISPA.

Cámaras de combustión.

La cavidad que se encuentra en la parte superior del cilindro constituye la cámara de combustión. Esta cámara es el lugar donde se quema la mezcla de aire combustible.

La configuración de la cámara es de suma importancia, ya que la eficacia del motor depende de ello. La cámara de combustión esta diseñada para concentrar completamente la fuerza explosiva del combustible que se quema en la cabeza delpistón.

Una cámara de combustión eficiente debe reunir ciertos requisitos:

- Ser pequeña para reducir al mínimo la superficie que absorbe calor al inflamarse la mezcla combustible.

- No tener grietas o rincones que causen combustión espontanea o golpeteo(cascabeleo).

- Debe poseer un espacio para la bujía, la cual idealmente se debe colocar en el centro de la cámara con el fin de reducir el tiempo necesario, para que se inflame toda la mezcla combustible, ya que la velocidad con que avanza la llama de lacombustión en la cámara esta limitada.

Combustión en los motores de encendido por chispa.

La mezcla se enciende por la chispa eléctrica y se quema en el proceso depropagación de la llama turbulenta.

Existen tres fases:

Fase Inicial:

Desde que salta la chispa en la bujía hasta el punto donde empieza el incrementobrusco de la presión. En las zonas de altas temperaturas entre los electrodos de la bujía surge un pequeño foco de combustión que se convierte en un frente de llama turbulenta, siendo el porcentaje de la mezcla que se quema muy bajo. La velocidad de llama es relativamente baja y solo depende de las propiedades físico–químicas de la mezcla.

- Fase Principal:

La llama turbulenta se propaga por toda la cámara de combustión, cuyo volumencasi es constante y el pistón se encuentra cerca del punto muerto superior (PMS). La velocidad de propagación depende de la intensidad de la turbulencia lo que es asu vez directamente proporcional a la frecuencia de rotación del cigüeñal. Cuando el frente de la llama llega a las paredes, como hay menos turbulencia, lavelocidad disminuye.

- Fase de combustión residual:

Se quema la mezcla detrás del frente de llama.La presión ya no crece por que ya se produce la carrera de expansión y hay transmisión de calor a las paredes. La velocidad de la combustión en las paredes y detrás del frente de la llama es lenta y depende de las propiedades físico–quimicas de la mezcla. Para aumentar esta velocidad hay que crear turbulencia en las zonas de combustión residual.

Forma de la cámara de combustión.

Sabemos que la turbulencia que se logra en el proceso de admisión es importante pero se mejora con el traspaso de la mezcla a la cámara de combustión, consiguiéndose acelerar la combustión residual.

Para que se logre una mejor combustión y disminuir su toxicidad se debe:

• Aumentar la intensidad de la chispa que salte de la bujía.• Crear turbulencia de la mezcla o carga en la admisión, que reduce la duración de la

combustión y la uniformidad de los ciclos consecutivos.• Estratificar la mezcla, lo que consiste en que la mezcla cerca de la bujía sea la mas

rica y se empobrezca a medida que se aleja de la bujía.

Principales alteraciones de la combustión normal en los motores de encendido por

chispa.

Detonación.

La detonación es la repercusión contra las paredes de la cámara de ondas de choque que se forman en los gases; lo que hace que haya vibraciones de presión al final de la combustión que se va amortiguando. Externamente se siente como ungolpeteo metálico.

Cuando la detonación es pequeña el golpeteo no surge en cada ciclo, en cambio cuando la detonación es intensa, la frecuencia de golpeteo es grande (mayor a 5000 Hz), surge en cada ciclo, la potencia del motor disminuye y se expulsan humos negros.

La detonación es mala porque:

• Las ondas de choque aumentan el desprendimiento de calor con lo que se sobrecalienta el motor y se pueden destruir algunas piezas de la cámara.

• Se destruye la película de aceite por lo que se desgasta y corroe mas la parte superior del cilindro.

• Como vibraciones de fuerza sobre el pistón se destruyen las capas antifricción de los casquetes (cojinetes) de biela.

La detonación surge debido a:

• La elevada reacción de la mezcla que hace que surja combustión delante del frente de llama.

• Calentamiento de las ultimas partes de la carga y mal diseño de la cámara de combustión.

La detonación se puede impedir con:

• Gran turbulencia de la mezcla.• Pequeño recorrido del frente de llama.• Existencia de expulsores en las zonas donde se encuentra la ultima carga para

que esta se enfríe y no haya focos de autoencendido.• La tendencia a detonación disminuyen con cámaras de combustión pequeñas.

Autoencendido prematuro.

Se produce cuando las piezas de la cámara de combustión se encuentran muy calientes provocando que la mezcla se encienda antes que haya saltado la chispa de la bujía; manifestándose en forma de golpes secos.

Para evitar el autoencendido prematuro se deben utilizar bujías con gran resistencia al recalentamiento “grado térmico”.

Autoencendido por compresión estando el sistema de encendido

desconectado.

Debido a elevadas relaciones de compresión se alcanzan presión y temperaturas suficientes para el encendido de la mezcla a bajas r.p.m. del motor (300 a 400). Para que no exista ese autoencendido, además de desconectar el sistema de ignición, se debe cortar el suministro de combustible.

Tipos de cámara de combustión.

Cámara de combustión hemisférica.

Posee suficiente espacio para que los orificios de admisión y de escape sean de gran tamaño, que sirve para que el motor tenga un máximo de entrada y salida de gases en cada cilindro, lo cual produce gran potencia cuando el motor esta muy revolucionado. La bujía colocada en el centro, inflama toda la mezcla combustible en el menor tiempo posible.

Cámara de tina.

Tiene la forma de una tina invertida con las válvulas en la parte inferior de la misma. Ya que las válvulas se pueden colocar en una sola hilera, el mecanismo que las hace funcionar es muy sencillo. La forma alargada y ovalada de la tina controla la turbulencia excesiva, y las paredes lisas por donde sube el pistón hasta el tope, hacen que se produzcan los chorros necesarios para que la mezcla forme turbulencias o remolinos. Los cilindros de gran diámetro y cortas cerreras del pistón hacen posible el uso de las válvulas grandes, para lograr el paso adecuado de los gases.

Cámara en forma de cuña.

Es mas bien reducida. El corto recorrido de la llama (que va desde la bujía al punto más distante de la cámara) reduce la propensión al autoencendido (pre–ignición) o detonación. La explosión produce remolinos turbulentos cuando el pistón expulsa la mezcla de la zona mas estrecha. La turbulencia mantiene bien mezclado el aire y el combustible de principio a fin, para que exista combustión uniforme. La expulsión también enfría la mezcla que se encuentra en las esquinas y reduce los puntos calientes que causen autoencendido.

Cámara de expulsión.

Es una variante de cualquiera de las formas comunes. La zona de expulsión es la superficie plana de la cabeza, la cual casi toca la cabeza del pistón. Cuando este sube en el tiempo de compresión, expulsa los gases quemados a chorros y en forma de remolino hacia la cámara de combustión. El movimiento hace que el aire y el combustible se mezclen totalmente logrando una vaporización y una combustión mas completa. La mezcla se enfría al rozar las paredes de la cámara, que están menos calientes gracias a los conductos de enfriamiento.

Cámara situada en la cabeza del pistón.

La cámara de combustión situada en la cabeza del pistón, la poseen los motores diesel y algunos motores de gasolina para automóviles europeos. Desaparece la ventaja de fabricar pistones con cabeza plana y eleva el costo de fabricación de este tipo de pistones y aumenta el peso de estos.

Sergio Andrés Castaño Ortiz

Mto. Mecánico Industrial

SENA-Regional Arauca

2011